Страница 33 из 64
Стало общепризнанным, что эволюция живого мира – это факт и что в основе эволюции лежат три фактора: наследственность, изменчивость и отбор.
Причины отбора вскрыл Дарвин: перенаселенность и борьба за существование в животном и растительном царстве.
Но чем определяется наследственность и изменчивость?
Насколько наследственность консервативна, в какой степени изменчивость распространена, какие механизмы приводят их в действие?
Расшифровать механизм изменчивости и эволюции еще в начале XIX века пытался французский натуралист Жан-Батист Ламарк.
Всем известно, что от усиленного употребления какого-либо органа у животных этот орган развивается; если же он длительное время не работает, то постепенно атрофируется. Ламарк постулировал, что такие изменения передаются по наследству и продолжают усиливаться в последующих поколениях. Так происходит эволюция живой природы.
Дарвин считал, что наследственная изменчивость не имеет определенной направленности и не приспосабливает организмы к меняющимся условиям существования. Только отбор, уничтожая нежизнеспособные формы и сохраняя наиболее приспособленные, обеспечивает прогрессивную эволюцию.
Каковы механизмы наследственной изменчивости? Этого Дарвин не знал, и позднее стал склоняться к идеям Ламарка.
Он даже упрекал себя в том, что недостаточно учитывал прямое приспособление организмов к условиям среды.
Дарвин не замечал, что противоречит себе!
Ведь если согласиться, что условия существования, среда, направленно изменяют наследственную природу организмов и делают их все более приспособленными, то из эволюционного учения исчезает самое главное – отбор Какие же организмы отбирать, если они передают по наследству свои приспособления к внешним условиям?
Немецкий зоолог, профессор кафедры дарвинизма Фрейбургского университета Август Вейсман воинственно и талантливо пропагандировал эволюционное учение. Когда борьба за дарвинизм увенчалась победой, он почувствовал, что наступила пора дальнейшего развития теории эволюции. Для проникновения в механизмы наследственности и изменчивости требовалось поставить опыты.
Вейсман стал рубить хвосты мышам.
Отрубленные хвосты он тщательно измерял и результаты заносил в журнал. Затем он скрещивал бесхвостых мышей, рубил их детенышам хвосты, измерял, записывал, опять скрещивал… Он изрубил хвосты двадцати двум поколениям мышей. Изувеченных животных было 1592. Во всех поколениях длина хвоста колебалась между 10,5 и 12 миллиметрами. Ни одного случая, когда цифры вышли бы за эти пределы! Ни в первом, ни в двадцать втором поколении. Приобретенный признак (бесхвостость) НЕ передавался по наследству.
Вейсман выдвинул теорию, по которой в организме мыши, как и любого животного или растения, по существу, скрыт еще один организм, то есть план для его построения. Этот «внутренний» организм, генотип, как его назвали впоследствии, не меняется оттого, что изменились условия жизни. Меняется только фенотип. Мы можем отрубить мыши хвост или ухо, говорил Вейсман, можем, регулируя кормление, сделать ее более или менее толстой, но этим мы не изменим ее наследственной природы. Мышь будет давать такое же потомство, как ее сородичи, находящиеся в других условиях.
Вейсман развил идею о наследственном веществе, в котором сосредоточены задатки наследственных признаков.
Он предсказал, что наследственное вещество должно быть сосредоточено в хромосомах клеточного ядра.
Однако идеи Вейсмана, как и некоторых других видных ученых конца XIX века – Страсбургера, Гертвига, де Фриза – не выходили за рамки более или менее правдоподобных гипотез. К.А.Тимирязев в 1900 году охарактеризовал их иронически, цитируя шекспировского Гамлета:
– Слова, слова, слова!..
Именно этой фразой, со ссылкой на Тимирязева, Николай Вавилов оценил в Актовой речи умозрительные концепции, предшествовавшие переоткрытию законов Менделя. Однако Вавилов подчеркивал, что эти «слова» подготовили почву для второго пришествия этих законов.
В 1900 году три ученых, Гуго де Фриз, Карл Корренс и Эрих Чермак, почти одновременно и независимо друг от друга пришли к результатам, полученным ранее Менделем, и тут же обнаружили его работу. «За короткий промежуток времени, – подчеркнул Вавилов в Актовой речи, – изменился резко и общий характер работы в генетических исследованиях. На место философского умозрительного направления, еще недавно царившего здесь, преобладающими становятся опыт и точное наблюдение».
В науке началась новая эра.
Между тем селекционеры продолжали действовать по старинке. Даже самый простой метод селекции – искусственный отбор – научно не был проработан. В одних случаях отбор приводил к появлению ценного сорта, в других случаях отбор ежегодно повторяли, а улучшения сортов не было.
Переоткрытие законов Менделя позволило понять, в чем тут дело. Как показал датчанин Вильгельм Иогансен, отбором можно выводить сорта из популяций, то есть смеси сортов и их гибридов. Отобрав из популяции нерасщепляющееся растение с нужными земледельцу свойствами и размножив его, селекционер получает новый сорт, чистую линию. Дальнейший отбор в пределах чистой линии к улучшению сорта не приведет. К примеру, семена могут быть более или менее крупными из-за неодинаковых условий в пределах поля, а не из-за наследственной природы растений. Отбирать из них более крупные для дальнейшего размножения бесполезно: сорт более урожайным не станет.
Теория чистых линий – важный шаг в развитии генетики и селекции, подчеркивал Вавилов в своей Актовой речи.
Однако из своей правильной теории Иогансен сделал неверный вывод: изменчивость в природе ограничена; она имеет место лишь до того, пока отбор, искусственный или естественный, приведет к образованию чистых линий. После этого эволюционное развитие прекращается. Так Иогансен «остановил» эволюцию!
Но эволюция – непреложный закон природы. Это давно уже признавало подавляющее большинство ученых. Они стали искать выход из тупика.
Правда, теория чистых линий была опубликована в 1903 году – уже после того, как выход был найден. Но немногие ученые это осознавали.
Русский академик С.И.Коржинский[51] в 1899 году, а через два года после него более глубоко и обоснованно голландец Гуго де Фриз, рассказывал в своей Актовой речи Вавилов, выдвинули мутационную теорию изменчивости.
Гуго де Фриз обнаружил, что среди одинаковых особей некоторых растений очень редко, но неизменно появляются формы, резко отличные от исходных. Он заключил, что живым организмам свойственно иногда резко изменять свою наследственную природу. «Вот как возникают новые виды, роды, семейства!» – решил Гуго де Фриз после долгих кропотливых исследований.
Он ставил опыты два десятка лет, начав их еще в 1880-е годы, и все же слишком поспешил с выводами!
Его теория, проливая свет на процесс изменчивости, блестяще подтверждала дарвиновское учение, но сам он противопоставил внезапные изменения (мутации) теории Дарвина: ведь Дарвин говорил о постепенном накоплении мелких, почти незаметных изменений.
– Значение отбора ограничено, – заявил де Фриз. – Эволюция идет путем резких скачков, мутаций.
Позднее де Фриз изменил свое мнение. Он убедился, что чем резче мутация, тем меньше шансов для новой формы выжить в данных условиях среды. Иное дело – мутации мелкие, небольшие. Они тоже чаще всего вредны для организма, приспособленного к определенным внешним условиям. В этих случаях изменившиеся особи ожидает печальная участь. Но иногда, очень редко, небольшое изменение оказывается полезным. Организм становится лучше приспособленным к среде обитания, естественный отбор закрепляет новую форму.
51
Академик Коржинский Сергей Иванович (1861–1900) – главный ботаник Императорского ботанического сада и директор Ботанического музея Академии наук.